mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2015-3-201-204mateltech-194Research ArticleМатериаловедение и технология. Магнитные материалыMATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY. MAGNETIC MATERIALSВлияние отжига на недиагональный магнитоимпеданс в аморфных проводахEFFECT OF ANNEALING ON OFF−DIAGONAL MAGNETOIMPEDANCE IN AMORPHOUS MICROWIRESЮдановН. А.YudanovN. A.

Юданов Николай Анатольевич — инженер, аспирант

Nikolay A. Yudanov  — Еngineer 

kolyan2606@mail.ruМорченкоА. Т.MorchenkoA. T.

Морченко Александр Тимофеевич — кандидат физико−математических наук; старший научный сотрудник

Aleksandr T. Morchenko  — Cand. Sci. (Phys.–Math.); Senior Researcher

dratm@mail.ruПанинаЛ. В.PaninaL. V.

Панина Лариса Владимировна

Larisa V. Panina

https://orcid.org/0000-0001-5384-6331КостишинВ. Г.KostishinV. G.

Костишин Владимир Григорьевич — доктор физико-математических наук; профессор; заведующий кафедрой

Vladimir G. Kostishin — Dr. Sci. (Phys.– Math.); Head of Department of the Technology of Electronic Materials at the MISiS

drvgkostishyn@mail.ruЕвстигнееваС. А.EvstigneevaS. A.

Евстигнеева Светлана Алексеевна — студентка

Svetlana  A. Evstigneeva — student

Svetlana_Evstigneeva95@mail.ruНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС», МоскваРоссияNational University of Science and Technology «MISiS»; MoscowRussian Federation201522102016183201204Copyright © Юданов Н.А., Морченко А.Т., Панина Л.В., Костишин В.Г., Евстигнеева С.А., 20162016Юданов Н.А., Морченко А.Т., Панина Л.В., Костишин В.Г., Евстигнеева С.А.Yudanov N.A., Morchenko A.T., Panina L.V., Kostishin V.G., Evstigneeva S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/194

Магнитоимпедансный эффект в ферромагнитных аморфных микропроводах является идеальной основой для разработки высокочувствительных сенсоров слабых магнитных полей  с разрешением до нескольких микроэрстед. Приведены результаты исследования температурной зависимости сигнала датчиков с магниточувствительным элементом на основе аморфных кобальт−содержащих микропроводов с геликоидальной магнитной анизотропией. Также рассмотрено и влияние температурной обработки на недиагональный магнитоимпеданс (МИ) в них. Установлено; что определенные режимы отжига МИ−датчиков; включающих микро-провод с электрическими контактами и детектирующую катушку; увеличивают чувствительность выходного сигнала к осевому внешнему магнитному полю и уменьшают его зависимость от температуры.  В процессе изучения данного явления была разработана методика термической обработки датчиков на основе аморфных микропроводов и проведено исследование влияния режимов отжига на чувствительность и температурную стабильность недиагонального магнитоимпеданса в микропроводах. После проведения термообработки при температуре отжига 160 °С в течение 2—3 мин наблюдали увеличение чувствительности датчиков к осевому внешнему полю на 25 % и снижение зависимости сигнала от температуры почти в 2 раза. Эти изменения связаны с релаксацией внутренних напряжений; которые определяют эффективную магнитную анизотропию аморфного МИ−провода.

Magnetoimpedance (MI) effect in amorphous ferromagnetic microwires represents is the ideal base for sensing technology and is currently used to develop high sensitive sensors of weak  magnetic fields with a resolution up to few micro−Oersteds. The effect  of heat treatment on off−diagonal MI in glass coated ferromagnetic amorphous microwires has been studied in order to improve MI sensitivity and temperature stability. We have shown the dependence of sensor signal on temperature. The wires had Co−based composition and internal stress induced helical or circumferential anisotropy. We have demonstrated that annealing of the entire sensing element including the electric contacts and the detection coil may improve the sensitivity of the output signal  to an external magnetic field by about 25% and  decrease its temperature sensitivity almost twofold in the −30…+80 °C range. These improvements require strict control  of the annealing parameters. The best results are obtained for annealing at 160 °C for 2−3 minutes. The experimentally observed changes  are  related with stress relaxation during  annealing; in particular; relaxation of the  stresses occurring during  solidification  due  to the  difference in the  thermal expansion coefficients of the metal core  and the glass sheet.

магнитоимпедансный датчикнедиагональный магнитоимпедансаморфный микропроводгеликоидальная магнитная анизотропияmagnetoimpedance (MI) sensoroff−diagonal magnetoimpedanceamorphous microwiremagnetostrictionhelical magnetic anisotropyРФФИ; Л. В. Панина; В. С. Ларин; директору компании MFTI LtdRFFI; L.V. Panina; V.S. Larin; Director of MFTI Ltd.ReferencesMakhnovskiy; D. P. Field−dependent surface impedance tensor in amorphous wires with helical and circumferential anisotropy / D. P. Makhnovskiy; L. V. Panina; D. J. Mapps // Phys. Rev. − 2001. − V. 63. − P. 144424.Makhnovskiy D. P.; Panina L. V.; Mapps D. J. Field−dependent surface impedance tensor in amorphous wires with helical and circumferential anisotropy. Phys. Rev. 2001; vol. 63; p. 144424.Ipatov; M . Low−field hysteresis in the magnetoimpedance of amorphous microwires / M. Ipatov; V. Zhukova; A. Zhukov; J. Gonzalez; A. Zvezdin // Phys. Rev. − 2010. − V. 81. − Р. 134421.Ipatov M.; Zhukova V.; Zhukov A.; Gonzalez J.; Zvezdin A. Low−field hysteresis in the magnetoimpedance of amorphous microwires. Phys. Rev. – 2010; vol. 81. – Р.134421.Pirota; K. Magnetic properties and giant magnetoimpedance in a CoFeSiB glass−covered microwire / K. Pirota; L. Kraus; H. Chiriac; M. Knobel // J. Magn. Mag. Mat. − 2000. − V. 221; Iss. 3. − P. 243—247.Pirota K.; Kraus L.; Chiriac H.; Knobel M. Magnetic properties and giant magnetoimpedance in a CoFeSiB glass−covered microwire. J. Magn. Mag. Mat. 2000; vol. 221; no. 3; pp. 243—247.Mohri; K . Super MI sensor: recent advances of amorphous wire and CMOS−IC magneto−impedance sensor / K. Mohri; Y. Honkura; L. V. Panina; T. J. Uchiyama // Nanoscience and Nanotechnology. − 2012. − V. 12. − P. 7491—7495.Mohri K.; Honkura Y.; Panina L.V.; Uchiyama T. Super MI Sensor: Recent Advances of Amorphous Wire and CMOS−IC Magneto−Impedance Sensor. J. Nanoscience and Nanotechnology. 2012; vol. 12; pp. 7491—7495.Uchiyama ; T. Recent advances of pico −tesla resolution magneto−impedance sensor based on amorphous wire CMOS IC MI sensor / T. Uchiyama; K. Mohri; Y. Honkura; L. V. Panina // IEEE Trans. Magn. − 2012. − V. 48. − P. 3833—3839.Uchiyama T.; Mohri K.; Honkura Y.; Panina L.V. Recent Advances of Pico−Tesla Resolution Magneto−Impedance Sensor Basedon Amorphous Wire CMOS IC MI Sensor. IEEE Trans. Magn. 2012; vol. 48; pp. 3833—3839.Zhukova; V. Optimization of giant magnetoimpedance in Co−rich amorphous microwires / V. Zhukova; A. Chizhik; A. Zhukov; A. Torcunov; V. Larin; J. Gonzalez // IEEE Trans. Magn. − 2002. − V. 38. − P. 3090—3092.Zhukova V.; Chizhik A.; Zhukov A.; Torcunov A.; Larin V.; Gonzalez J. Optimization of Giant Magnetoimpedance in Co−rich Amorphous Microwires. IEEE Trans. Magn. 2002; vol. 38; pp. 3090—3092.Chiriac; H. Magnetoelastic anisotropy of amorphous microwires / H. Chiriac; T. A. Ovari; A. Zhukov // J. Magn. Mag. Mater. − 2003 − V. 11. − Р. 254—255.Chiriac H.; Ovari T.A.; Zhukov A. Magnetoelastic anisotropy of amorphous microwires. J. Magn. Magn. Mater. 2003; vol. 11; pp. 254—255.Talaat; A. Tailoring of magnetic properties and GMI effect of Co−rich amorphous microwires by heat treatment / A. Talaat; V. Zhukova; M. Ipatov; J. M. Blanco; L.Gonzalez−Legarreta; B. Hernando; J. J. del Val; J. Gonzalez; A. Zhukov // J. Appl. Phys. − 2014. − V. 41. − P. 115.Talaat A.; Zhukova V.; Ipatov M.; Blanco J. M.; Gonzalez−Legarreta L.; Hernando B.; del Val J. J.; Gonzalez J.; Zhukov A. Tailoring of magnetic properties and GMI effect of Co−rich amorphous microwires by heat treatment. J. Appl. Phys. 2014; vol. 41; p. 115.Zhukov; A . Tailoring of magnetic anisotropy of Fe –rich microwires by stress induced anisotropy / A. Zhukov; V. Zhukova; V. Larin; J. M. Blanco; J. Gonzalez // Phys. Rev. − 2006. − V. 24 − P. 384.Zhukov A.; Zhukova V.; Larin V.; Blanco J.M.; Gonzalez J. Tailoring of magnetic anisotropy of Fe−rich microwires by stress induced anisotropy. Phys. Rev. 2006; vol. 24; p. 384.Zhukov; A. Tuning of magnetic properties and GMI effect of Co−based amorphous microwires by annealing / A. Zhukov; A. Talaat; J. M. Blanco; M. Ipatov; V. Zhukova // J. electronic mater. − 2014. − V. 43; N 12. − P. 4532—4539.Zhukov A.; Talaat A.; Blanco J. M.; Ipatov M.; Zhukova V. Tuning of Magnetic Properties and GMI Effect of Co−Based Amorphous Microwires by Annealing. J. Electronic Materials. 2014; vol. 43; no. 12; pp. 4532—4539.Zhukov; A . Magnetostriction in glass−coated magnetic microwires / A. Zhukov; V. Zhukova; J. M. Blanko; A. F. Cobeno; M. Vazques; J. Gonzalez // J. Magn. Mag. Mat. − 2003. − V. 10 − P. 151—157.Zhu kov A .; Zhu kova V.; Blan ko J. M .; Cobeno A . F.; Vazques M.; Gonzalez J. Magnetostriction in glass−coated magnetic microwires. J. Magn. Mag. Mat. 2003; vol. 10; pp. 151—157.Юданов ; Н. А . Недиагональный магнитоимпеданс в аморфных проводах и его применение в миниатюрных сенсорах слабых магнитных полей / Н. А. Юданов; А. А. Рудёнок; А. В. Колесников; Л. В. Панина; А. Т. Морченко; В. Г. Костишин // Изв. РАН; сер. физич. − 2014. − Т. 78. № 11.Yudanov N. A.; Rudyonok A. A.; Panina L. V.; Kolesnikov A. V.; Morchenko A. T.; Kostishyn V. G. Off−diagonal magnetoimpedance in amorphous microwire and and his using in sensor by weak magnetic flap. Izvestia RAN; seria fizicheskaia. 2014; vol. 78; no. 11. (In Russ.)Панина; Л. В. Использование явления недиагонального магнитоимпеданса для построения датчиков слабых магнитных полей и токов / Панина Л. В.; Юданов Н. А.; Морченко А. Т.; Костишин В. Г.; Крутогин Д. Г.; Рудёнок А. А. // Физико−химические аспекты изучения кластеров; наноструктур и наноматериалов. Межвуз. сб. науч. тр. − Тверь; 2013. − Вып. 5. С. 210—218.Pan ina L . V.; Yudanov N. A .; Morchen ko A . T.; Kostishyn V. G.; Krutogin D. G.; Rudyonok A. A. Use the phenomena off− diagonal magnetoimpedance for building sensor by weak magnetic flap and current. Fizico−Himicheskie aspekti izuchenia klasterov; nanostruktur i nanomaterialov mezhvuzovckii sbornik nauchnih trudov. Tver’; 2013. Vol. 5; pp. 210—218.Yudanov; N. A. High sensitivity magnetic sensors based on Off−diagonal magnetoimpedance in amorphous FeCoSiB wires / N. A. Yudanov; L. V. Panina; A. T. Morchenko; V. G. Kostishyn; P. A. Ryapolov // J. Nano− and Electronic Physics − 2013 − V. 5; N 4. − P. 04001 (4 pp).Yudanov N. A .; Pan ina L . V.; Morchen ko A . T.; Kostishyn V. G.; Ryapolov P. A. High Sensitivity Magnetic Sensors Based on Off−diagonal Magnetoimpedance in amorphous FeCoSiB Wires. J. Nano− and Electronic Physics. 2013; vol. 5; no. 4; p. 04001 (4pp)Yudanov; N. A . Effect of bias fields on off−Diagonal magnetoimpedance (MI) sensor performance / N. A. Yudanov; A. A. Rudyonok; L. V. Panina; A. V. Kolesnikov; A. T. Morchenko; V. G. Kostishyn // J. Nano− and Electronic Physics − 2014 − V. 6; N 3. − P. 03046 (4 pp).Yudanov N. A .; Pan ina L . V.; Morchen ko A . T.; Kostishyn V. G.; Ryapolov P. A. J. Nano− and Electronic Physics. 2013; vol. 5; p. 04004 (4 pp.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.